Углубленный анализ оптических характеристик отражающих оптических систем

Отражающие оптические системы сегодня широко используются в различных областях, в первую очередь благодаря их способности избегать хроматической аберрации при достижении высокого качества изображения. По сравнению с рефракционными системами, отражающие системы используют зеркальное отражение вместо преломления линзы, с меньшим количеством оптических элементов и более высокой стабильностью оптических характеристик. В этой статье будут рассмотрены основные структуры, характеристики и оптические свойства отражающих систем в различных средах. Надеемся, что эта статья будет полезна нашим читателям.

Как проектировать оптическую систему Шмидта

Оптическая система Шмидта является распространенным типом отражающей оптической системы, в основном используемой в астрономических телескопах и других высокоточных устройствах визуализации. Ключом к его дизайну является использование корректорной пластины Шмидта, которая эффективно корректирует сферическую аберрацию, тем самым улучшая качество изображения. Базовая структура оптической системы Шмидта включает сферическое первичное зеркало и пластину корректора Шмидта, которая обычно размещается в центре кривизны первичного зеркала.

Описание и применение асферической оптики

Асферические оптические элементы играют решающую роль в отражающих оптических системах. Асферические зеркала могут эффективно корректировать аберрации и улучшать качество изображения. Современные технологии производства, такие как точечная алмазная токарная работа, сделали производство асферических зеркал большого диаметра более осуществимым. Эти технологические достижения расширили применение отражающих оптических систем в областях высокоточной визуализации.

Фундаментальные различия между системами линз и зеркальными системами

С точки зрения пропускания света, существуют фундаментальные различия между линзовой системой и зеркальной системой. В линзовых системах свет часто проходит непосредственно через и использует всю диафрагму входного зрачка. Напротив, зеркальные системы по своей сути отличаются, поскольку зеркала могут препятствовать друг другу, как видно в классической двухзеркальной системе Кассегрена. Эта характеристика может привести к заметному падению кривой MTF (функция передачи модуляции) на средних частотах.

Преимущества отражающих систем

Светоотражающие системы имеют определенные преимущества перед рефракционными системами. Во-первых, согласно закону Снелла, показатель преломления для всех длин волн можно считать-1 для зеркал, что позволяет отражающим системам избежать хроматической аберрации. Это делает их особенно эффективными в конструкциях с большой апертурой и широкоугольными. Во-вторых, отражающие системы обычно требуют меньшего количества оптических элементов, что снижает производственные затраты и сложность обслуживания. Поскольку зеркальная поверхность не ограничена оптическими материалами, отражающие системы могут достигать больших диафрагм, что имеет решающее значение в таких областях, как астрономия и аэрокосмическая промышленность. Кроме того, свобода дизайна зеркал выше, а поверхности произвольной формы являются популярным направлением исследований.

Ограничения отражающих систем

Светоотражающие системы, помимо центральных препятствий, также сталкиваются с взаимными помехами между зеркалами, что значительно увеличивает сложность выравнивания. Поддерживающие конструкции и другие механические компоненты дополнительно увеличивают компактность системы, часто приводя к меньшему количеству оптических элементов. Проблемы блокировки света и интерференции компонентов ограничивают поле зрения отражающих систем. С ограниченными элементами для отражающих систем становится сложно избежать использования асферических поверхностей для контроля аберраций. Наиболее примитивной отражающей оптической системой является система Ньютона, где сферическое первичное зеркало сохраняет ясными почти только точки на оси.

Тепловые характеристики

Тепловые характеристики отражающих оптических систем в первую очередь определяются коэффициентом теплового расширения их материалов. Если отражающая система изготовлена из одного материала, такого как алюминий, ее тепловые эффекты обычно незначительны. Это происходит потому, что при равномерных изменениях температуры вся система расширяется или сжимается равномерно. Поскольку все параметры системы (например, кривизна зеркала) масштабируемых пропорционально, никаких аберраций не происходит, и изображение остается четким. Однако в практических применениях отражающие системы могут потребовать нескольких материалов, что делает эффекты теплового градиента значительными. Когда разные материалы имеют разные коэффициенты теплового расширения,Или когда внутри система разница температур, термальные градиенты могут причинить различные части расширить или сжать по-разному, влияя на оптически представление системы. В таких случаях изображения могут демонстрировать аберрации или искажения, особенно в средах с большими колебаниями температуры, что потенциально влияет на стабильность качества изображения. Поэтому для отражающих систем, использующих несколько материалов или испытывающих термические градиенты, необходима тщательная оценка тепловых характеристик. Разработчики должны учитывать коэффициенты теплового расширения материалов, влияние изменений температуры на параметры системы и потенциальное влияние на качество изображения. Благодаря точному термическому анализу эти тепловые эффекты на оптические характеристики могут быть предсказаны и сведены к минимуму.

Катадиоптрические системы

Для катадиоптрических систем, для решения вышеупомянутых проблем теплового расширения, многие высокоточные зеркала используют такие материалы, как Зеродур. Зеродур имеет почти нулевой коэффициент теплового расширения, что позволяет ему поддерживать стабильные изменения размеров при колебаниях температуры. Поэтому Зеродур широко используется в зеркалах большого диаметра, особенно в астрономических телескопах и других высокоточных оптических системах. Светоотражающие системы, использующие этот материал, могут поддерживать хорошие оптические характеристики в средах со значительными изменениями температуры, избегая аберраций, вызванных тепловым расширением.